Amorphe Legierungen in Roboter- und Raumfahrtanwendungen

Herkömmliche Werkstoffe, die sowohl für hochkomplexe, technisch realisierbare Kinetik als auch für die Umsetzung einfacher, aber hochbeanspruchter mechanischer Konzepte eingesetzt werden, stoßen in vielen Bereichen heutiger High-Tech-Anwendungen aufgrund ihrer begrenzten mechanischen Eigenschaften an ihre Grenzen. Durch ihre außergewöhnliche Kombination von hoher Festigkeit (1,6 GPa Zugfestigkeit) und hoher Elastizität (bis zu 2 %) können viele dieser Probleme bereits heute durch amorphe Legierungen gelöst werden. Vor allem elastische Maschinenelemente profitieren von dem Eigenschaftsportfolio amorpher Metalle. Biegegelenke und Scharniere, Greifereinheiten oder Federkomponenten können aufgrund der Dauerfestigkeit (im Bereich von 400 MPa bei 1 Milliarde Zyklen und 25 Hz) und Verschleißfestigkeit amorpher Legierungen effizient eingesetzt und mit einer hohen Bauteillebensdauer montiert werden.

Vorteile von amorphen Metallen:

• Elastizität: Dauerhaftigkeit, Funktionserweiterung
• Abnutzungsbeständigkeit: Schmiermittelfreiheit und Langlebigkeit
• Dauerhaftigkeit: Gute Ermüdungsfestigkeit und Kriechfestigkeit
• Miniaturisierung und Designverbesserungen: 3D-Druck oder Spritzguss innerhalb enger Toleranzen und reproduzierbarer Fertigung

_{*Alle Case Studies sind nur auf Englisch verfügbar.}

• Amorphe Metalle sind im Vergleich zu herkömmlichen Materialien wie Stahl doppelt so elastisch (bis zu 2%)
• Hohe Oberflächenqualität im Bereich von 1,0 μm ohne umfangreiche Nachbehandlung und Härte (> 480 HV) vergleichbar mit Keramik
• Ihre einzigartige atomare Struktur ermöglicht die Speicherung und Nutzung elastischer Energie, was besonders vorteilhaft in Anwendungen mit kontinuierlicher Belastung ist
• Diese Materialien sind beständig gegen extreme Bedingungen wie hohe und niedrige Temperaturen sowie Feuchtigkeit
• Die Korrosionsbeständigkeit, die mit Titan oder Edelstahl vergleichbar ist, macht amorphe Metalle ideal für maritime Anwendungen. Sie bieten eine längere Lebensdauer und erfordern weniger Wartung als traditionelle Materialien
• Nicht-magnetische Eigenschaften stören den Betrieb empfindlicher elektronischer Geräte nicht, was sie besonders geeignet für solche Anwendungen macht
• Ihre hohe Festigkeit (1,6 GPa Zugfestigkeit) ermöglicht Platz- und Gewichtseinsparungen (bis zu 20% gegenüber gleichwertigen Stahlkomponenten) ohne Einbußen bei der Festigkeit. Dies bietet mehr Platz für Nutzlast, was besonders vorteilhaft in platzbeschränkten Anwendungen wie Drohnen oder tragbaren Geräten ist
• Reproduzierbare und hochwertige Komponentenfertigung innerhalb enger Toleranzen (± 10µm) wird durch unsere material-spezifische Expertise im amorphen Spritzgießen erreicht.

Anwendungen:

• Unterwasser- und Landdrohnen
• Unbemannte Fahrzeuge
• Optik
• Ballistik
• Wearables
• Luftverteidigung

Wichtige Anforderungen an Bauteile in der Luft- und Raumfahrtindustrie sind nicht nur Gewichtseinsparungen und hohe Stabilität, sondern auch die Fähigkeit, zyklischen Belastungen unter extremen Umweltbedingungen standzuhalten. Amorphe Metalle zeichnen sich durch ihre hohe Festigkeit (> 2GPa Biegefestigkeit) und die daraus resultierende Freiheit in der geometrischen Gestaltung (dünnere oder kleinere Bauteilabmessungen) sowie eine hohe Korrosionsbeständigkeit im Vergleich zu den üblicherweise verwendeten Titanlegierungen oder nichtrostenden Stählen aus. Darüber hinaus sind Bauteile aus amorphen Metallen tieftemperaturduktil und weisen gute Dauerfestigkeitswerte auf (im Bereich von 400 MPa bei 1 Milliarde Zyklen und 25 Hz), was sie für den Einsatz in der Raumfahrt besonders geeignet macht.